WO2023042769A1 - 光ファイバ - Google Patents

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WO2023042769A1
WO2023042769A1 PCT/JP2022/033951 JP2022033951W WO2023042769A1 WO 2023042769 A1 WO2023042769 A1 WO 2023042769A1 JP 2022033951 W JP2022033951 W JP 2022033951W WO 2023042769 A1 WO2023042769 A1 WO 2023042769A1
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WO
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refractive index
optical fiber
less
core layer
side core
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PCT/JP2022/033951
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄紀 佐藤
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers

Definitions

  • the present invention relates to optical fibers.
  • Patent Document 1 A technique for doping a clad portion with a dopant such as fluorine in order to lower the refractive index of glass in a single-mode optical fiber has been disclosed (Patent Document 1).
  • a dopant such as fluorine
  • Patent Document 2 A technique for doping a clad portion with a dopant such as fluorine in order to lower the refractive index of glass in a single-mode optical fiber has been disclosed (Patent Document 1).
  • a dopant such as fluorine
  • an optical fiber that employs a W-shaped refractive index profile is being actively studied (Patent Document 2).
  • W-shaped refractive index profiles have been employed, for example, to increase the effective core area of optical fibers.
  • An optical fiber having a large effective core area suppresses the occurrence of nonlinear optical effects in the optical fiber, and thus can be suitably used as, for example, a long-distance optical transmission line.
  • a dopant such as fluorine that lowers the refractive index of the glass.
  • the transmission loss and the macrobend loss are reduced.
  • the present invention has been made in view of the above, and its object is to provide an optical fiber with reduced transmission loss and macrobend loss.
  • one aspect of the present invention includes a core portion, a side core layer surrounding the outer periphery of the core portion, and a clad portion surrounding the outer periphery of the side core layer,
  • the average maximum relative refractive index difference of the core portion with respect to the average refractive index of the clad portion is ⁇ 1
  • the relative refractive index difference of the average refractive index of the side core layer is ⁇ 2
  • the average refractive index of the clad portion with respect to pure silica glass is
  • 2a is the core diameter of the core portion and 2b is the outer diameter of the side core layer
  • 2a is 8 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less
  • 2b is 35 ⁇ m or more and 45 ⁇ m or less
  • the side core There is a bottom portion with a lower refractive index than other regions of the layer, and the distance from the center of the core portion to the position of the lowest refractive index in the bottom portion is a + (ba) / 1.55 [ ⁇ m] or less.
  • the bottom portion may be a portion where the refractive index changes abruptly in the refractive index profile of the side core layer and a portion where the refractive index profile has an inflection point.
  • the absolute value of ⁇ B may be 0.03% or more and 0.07% or less.
  • the distance from the center of the core portion to the position of the lowest refractive index in the bottom portion may be a+(ba)/1.8 [ ⁇ m] or more.
  • a mode field diameter of 8.6 ⁇ m or more and 9.5 ⁇ m or less at a wavelength of 1310 nm may be used.
  • the MAC value which is the value obtained by dividing the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm by the cable cutoff wavelength, may be 7.0 or more and 7.2 or less.
  • the core portion may contain at least one of chlorine, potassium, and sodium.
  • the transmission loss at a wavelength of 1550 nm may be 0.35 dB/km or less.
  • the macrobend loss at a wavelength of 1550 nm when wound for 10 turns with a diameter of 30 mm may be 0.03 dB or less.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the refractive index profile of the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of a refractive index profile of an optical fiber according to a comparative example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the main part of the refractive index profile of the optical fiber according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a bulk density distribution profile of a porous preform used for manufacturing an optical fiber according to a comparative embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a bulk density distribution profile of a preform used for manufacturing the optical fiber according to the embodiment.
  • the cutoff wavelength or the effective cutoff wavelength refers to the ITU-T G.I. 650.1, the cable cutoff wavelength.
  • G.I. 650.1 and G.I. 650.2 shall comply with the definition and measurement method.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber according to an embodiment.
  • the optical fiber 10 is made of silica-based glass, and includes a core portion 11 , a side core layer 12 surrounding the outer periphery of the core portion 11 , and a clad portion 13 surrounding the outer periphery of the side core layer 12 .
  • the optical fiber 10 may include a coating layer surrounding the outer circumference of the clad portion 13 .
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index profile of the optical fiber 10.
  • FIG. A profile P1 is a refractive index profile of the core portion 11 and has a so-called step shape.
  • Profile P2 is the refractive index profile of the side core layer 12 .
  • a profile P3 is a refractive index profile of the cladding portion 13 .
  • the refractive index profile of the core portion 11 is not limited to a geometrically ideal step shape, but the shape of the top portion is not flat and unevenness is formed due to manufacturing characteristics. It may have a shape that pulls.
  • the refractive index of the substantially flat region at the top of the refractive index profile within the range of the core diameter 2a of the core portion 11 in manufacturing design serves as an index for determining ⁇ 1.
  • the core diameter of the core portion 11 is 2a.
  • the outer diameter of the side core layer 12 is 2b.
  • the relative refractive index difference (maximum relative refractive index difference) of the average maximum refractive index of the core portion 11 with respect to the average refractive index of the clad portion 13 is ⁇ 1.
  • the relative refractive index difference of the average refractive index of the side core layer 12 with respect to the average refractive index of the cladding portion 13 is ⁇ 2.
  • the average maximum refractive index of the core portion 11 is the average value in the radial direction of the refractive index of the substantially flat region at the top of the refractive index profile.
  • the average refractive index of the side core layer 12 and the clad portion 13 is the average value of the refractive indices in the radial direction of the refractive index profile.
  • the relative refractive index difference of the average refractive index of the clad portion 13 with respect to the refractive index of pure silica glass is ⁇ Clad.
  • pure silica glass is very high-purity silica glass that does not substantially contain dopants that change the refractive index and has a refractive index of about 1.444 at a wavelength of 1550 nm.
  • the dashed-dotted line indicates the relative refractive index difference of the pure silica glass with respect to the average refractive index of the cladding portion 13 .
  • the zero line indicating the relative refractive index difference of pure silica glass is indicated by a dashed line.
  • the optical fiber 10 has a W-shaped refractive index profile.
  • FIG. 2 shows a case where ⁇ Clad is less than 0%, ⁇ Clad may be 0% or more.
  • the core portion 11 is made of silica-based glass containing a dopant for adjusting the refractive index.
  • the core portion 11 contains at least one of chlorine (Cl) potassium (K) and sodium (Na) as a dopant.
  • the core portion 11 may further contain fluorine (F) for refractive index adjustment and glass viscosity adjustment. F lowers the refractive index of quartz glass, and Cl, K and Na are dopants that raise the refractive index of quartz glass.
  • the core portion 11 may contain germanium (Ge), which is a dopant that increases the refractive index of quartz glass.
  • the side core layer 12 and the clad portion 13 are made of silica-based glass to which only F and Cl are added.
  • ⁇ 1> ⁇ Clad> ⁇ 2 and 0> ⁇ 2 are established, and preferable exemplary ranges of ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ Clad described later are realized.
  • ⁇ 1 is 0.35% or more and 0.45% or less
  • ⁇ 2 is ⁇ 0.2% or more and less than 0%
  • 2a is 8 ⁇ m or more and 10 ⁇ m
  • 2b is 35 ⁇ m or more and 45 ⁇ m or less.
  • ⁇ Clad is, for example, ⁇ 0.01%.
  • the optical fiber 10 has a mode field diameter (MFD) of 8.6 ⁇ m or more and 9.5 ⁇ m or less at a wavelength of 1310 nm. Further, for example, the optical fiber 10 has a macrobend loss of 0.03 dB or less at a wavelength of 1550 nm when wound for 10 turns with a diameter of 30 mm. Also, for example, the optical fiber 10 is G.I. 652, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.35 dB/km or less. Further, the transmission loss of the optical fiber 10 at a wavelength of 1550 nm is more preferably 0.2 dB/km or less.
  • MFD mode field diameter
  • the optical fiber 10 has a macrobend loss of 0.03 dB or less at a wavelength of 1550 nm when wound for 10 turns with a diameter of 30 mm.
  • the optical fiber 10 is G.I. 652, the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.35 dB/km or less. Further,
  • the MAC value which is the value obtained by dividing the mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1310 nm by the cable cutoff wavelength ( ⁇ cc), is, for example, 7.0 or more and 7.2 or less.
  • the MAC value is one index for evaluating macrobend loss characteristics, and optical fibers with similar MAC values have similar macrobend loss characteristics.
  • the refractive index profile of the side core layer 12 has a bottom portion having a lower refractive index than other regions of the side core layer 12. Further, the distance from the center of the core portion 11 to the position of the lowest refractive index in the bottom portion is a+(ba)/1.55 [ ⁇ m] or less.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the main part of the refractive index profile of the optical fiber according to the embodiment.
  • the refractive index profiles of the core portion 11 and the side core layer 12 of the optical fiber 10 are indicated by solid lines.
  • the refractive index profile of the side core layer 12 of the optical fiber 10 has a bottom portion 14 having a lower refractive index than other regions of the side core layer 12 .
  • the bottom portion 14 is, for example, a portion where the refractive index changes abruptly in the refractive index profile of the side core layer 12 and has an inflection point in the refractive index profile.
  • an optical fiber that employs a W-shaped refractive index profile when manufacturing an optical fiber that employs a W-shaped refractive index profile, a known method such as the VAD (Vapor Axial Deposition) method or the OVD (Outside Vapor Deposition) method is used.
  • VAD Vehicle Axial Deposition
  • OVD Outside Vapor Deposition
  • An optical fiber preform was produced by using the above method, and an optical fiber was drawn from this optical fiber preform. It was confirmed. Assuming that the relative refractive index difference of the lowest refractive index of the bottom portion 14 with respect to the average refractive index of the side core layer 12 is ⁇ B, the absolute value of ⁇ B is, for example, 0.03% or more and 0.07% or less.
  • the distance (r in FIG. 4) from the center of the core portion 11 to the position where the refractive index in the bottom portion 14 is lowest is a+(b ⁇ a)/1 It was found that transmission loss and macrobend loss are reduced when the thickness is 0.55 [ ⁇ m] or less.
  • the distance r is a+(b ⁇ a)/1.8 [ ⁇ m] or more.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the main part of the refractive index profile of the optical fiber according to the comparative embodiment.
  • the optical fiber according to the comparative embodiment is an optical fiber that differs from the optical fiber 10 according to the embodiment only in the refractive index profile of the side core layer.
  • FIG. 3 broken lines indicate refractive index profiles of the core portion 11A and the side core layer 12A of the optical fiber 10A according to the comparative embodiment.
  • a relative refractive index difference of the average refractive index of the side core layer 12A with respect to the average refractive index of the clad portion is defined as ⁇ 2′.
  • a bottom portion 14A also exists in the refractive index profile of the side core layer 12A of the optical fiber 10A.
  • the absolute value of the relative refractive index difference ⁇ B' of the lowest refractive index of the bottom portion 14A with respect to the average refractive index of the side core layer 12A is, for example, 0.03% or more and 0.07% or less.
  • the distance (r' in FIG. 4) from the center of the core portion 11A to the position of the lowest refractive index in the bottom portion 14A is larger than a+(b ⁇ a)/1.55 [ ⁇ m]. That is, the bottom portion 14A is located relatively close to the clad portion with respect to the core portion 11A. As a result, the optical fiber 10A becomes an optical fiber whose transmission loss and macrobend loss are not reduced compared to the optical fiber 10.
  • the present inventors simultaneously formed the core portion of the optical fiber and the portion to be the side core layer by the VAD method, and added fluorine to the side core layer to make it porous.
  • a base material was prepared and vitrified and sintered to prepare a core base material.
  • the core base material may also be produced by the following method. That is, the VAD method is used to fabricate a porous preform having a core portion of an optical fiber and a portion to be a side core layer. Then, in order to dope F into the part of the soot that will become the side core layer, fluorine gas is flowed in the vitrification sintering process to prepare a core base material. Further, the OVD method is used to form a porous layer that will become the clad portion on the core preform thus produced, and this is vitrified and sintered to produce an optical fiber preform. Then, an optical fiber is drawn from this optical fiber preform.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a bulk density distribution profile of a porous base material used for manufacturing an optical fiber according to a comparative embodiment.
  • Reference numeral 110A denotes a portion that becomes the core portion 11A
  • reference numeral 120A denotes a portion that becomes the side core layer 12A.
  • FIG. 5 shows the distribution profile of the bulk density at three locations in the longitudinal direction of the porous base material, ie, the upper, middle and lower portions.
  • the porous base material shown in FIG. 5 there is a part where the bulk density is locally increased in the part 120A as circled, and the variation in the bulk density between the upper part, the middle part and the lower part is large. Such variations and local variations in bulk density are considered to cause variations in doping amount when F is doped. Further, when such variations in bulk density and local fluctuations are large, the bottom portion 14A in the side core layer 12A is positioned relatively close to the clad portion.
  • the inventors improved the directivity of the flame in the burner used for depositing the glass particles in the VAD method in order to suppress variations in bulk density and the amount of local increase.
  • a straightening plate is installed in the furnace of the VAD device to suppress the flow of air currents that disturb the directivity of the flame, and to increase the flow rate of the combustion-supporting gas (for example, oxygen) supplied to the burner to strengthen the directivity of the flame. rice field.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the bulk density distribution profile of the preform used for manufacturing the optical fiber according to the embodiment.
  • Reference numeral 110 denotes a portion that becomes the core portion 11
  • reference numeral 120 denotes a portion that becomes the side core layer 12 .
  • FIG. 6 shows the distribution profile of the bulk density at three locations in the longitudinal direction of the porous base material, ie, the upper, middle and lower portions.
  • the variation in bulk density and the amount of local increase in the portion 120 were suppressed.
  • the bottom portion 14 of the optical fiber 10 is positioned closer to the core portion 11 than the bottom portion 14A of the optical fiber 10A, and r becomes a+(ba)/1.55 [ ⁇ m] or less.
  • Example, Comparative Example Optical fibers of Examples 1 and 2 and optical fibers of Comparative Examples 1 and 2 corresponding to the above-described embodiment and comparative form were manufactured, and their characteristics were measured and evaluated. Table 1 shows structural parameters and measurement results or evaluation results of the manufactured optical fiber.
  • the optical fibers of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 had the same Q value (MAC value), which was 7.0 to 7.2.
  • MAC value Q value
  • the macrobend loss was measured at a wavelength of 1550 nm when the wire was wound for 10 turns with a diameter of 30 mm.
  • the bottom position means the distance from the center of the core portion (the distance from the center of the core to the position of the bottom) at the position where the refractive index in the bottom portion is lowest.
  • Evaluation 1 is an evaluation of the transmission loss at a wavelength of 1550 nm, and the case of 0.2 dB/km or less was evaluated as “O”, and the case of more than 0.2 dB/km was evaluated as “X”.
  • evaluation 2 is an evaluation of macrobend loss, and for Example 1 and Comparative Example 1, “O” when it is 0.03 dB/km or less, and when it exceeds 0.03 dB/km.
  • Example 2 and Comparative Example 2 the case of 0.5 dB/km or less was indicated by "O”, and the case of exceeding 0.5 dB/km was indicated by "X”.
  • Table 1 transmission loss and macrobend loss were reduced, and good results were obtained.
  • Example 1 the core diameter 2a was 8 ⁇ m.
  • the outer diameter 2b of the side core layer was 38 ⁇ m.
  • the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the core portion with respect to the average refractive index of the clad portion was 0.4%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the average refractive index of the side core layer with respect to the average refractive index of the clad portion was ⁇ 0.15%.
  • the relative refractive index difference ⁇ Clad of the average refractive index of the clad portion with respect to the refractive index of pure silica glass was ⁇ 0.01%.
  • the distance from the core center to the bottom position was 12.3 ⁇ m (a+(ba)/1.55 [ ⁇ m] or less).
  • the relative refractive index difference ⁇ B of the lowest refractive index of the bottom portion with respect to the average refractive index of the side core layer was ⁇ 0.07%.
  • the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm was 8.64 ⁇ m, and the Q value was 7.0.
  • the core diameter 2a was 8 ⁇ m.
  • the outer diameter 2b of the side core layer was 38 ⁇ m.
  • the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the core portion with respect to the average refractive index of the clad portion was 0.4%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the average refractive index of the side core layer with respect to the average refractive index of the clad portion was ⁇ 0.15%.
  • the relative refractive index difference ⁇ Clad of the average refractive index of the clad portion with respect to the refractive index of pure silica glass was ⁇ 0.01%.
  • the distance from the core center to the bottom position was 14.0 ⁇ m (larger than a+(ba)/1.55 [ ⁇ m]).
  • the relative refractive index difference ⁇ B ( ⁇ B') of the lowest refractive index of the bottom portion with respect to the average refractive index of the side core layer was ⁇ 0.07%.
  • the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm was 8.58 ⁇ m, and the Q value was 7.0.
  • the core diameter 2a was 8.5 ⁇ m.
  • the outer diameter 2b of the side core layer was 40 ⁇ m.
  • the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the core portion with respect to the average refractive index of the clad portion was 0.37%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the average refractive index of the side core layer with respect to the average refractive index of the clad portion was ⁇ 0.19%.
  • the relative refractive index difference ⁇ Clad of the average refractive index of the clad portion with respect to the refractive index of pure silica glass was ⁇ 0.01%.
  • the distance from the core center to the bottom position was 14.4 ⁇ m (a+(ba)/1.55 [ ⁇ m] or less).
  • the relative refractive index difference ⁇ B of the lowest refractive index of the bottom portion with respect to the average refractive index of the side core layer was ⁇ 0.03%.
  • the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm was 8.97 ⁇ m, and the Q value was 7.1.
  • the core diameter 2a was 8.5 ⁇ m.
  • the outer diameter 2b of the side core layer was 40 ⁇ m.
  • the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the core portion with respect to the average refractive index of the clad portion was 0.37%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the average refractive index of the side core layer with respect to the average refractive index of the clad portion was ⁇ 0.19%.
  • the relative refractive index difference ⁇ Clad of the average refractive index of the clad portion with respect to the refractive index of pure silica glass was ⁇ 0.01%.
  • the distance from the core center to the bottom position was 18.4 ⁇ m (larger than a+(b ⁇ a)/1.55 [ ⁇ m]).
  • the relative refractive index difference ⁇ B ( ⁇ B′) of the lowest refractive index of the bottom portion with respect to the average refractive index of the side core layer was ⁇ 0.03%.
  • the mode field diameter at a wavelength of 1310 nm was 9.22 ⁇ m and the Q value was 7.2.
  • the present invention is not limited by the above embodiments.
  • the present invention also includes those configured by appropriately combining the respective constituent elements described above. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
  • the present invention is suitable for application to optical fibers as optical transmission lines.
  • optical fiber 11 core portion 12: side core layer 13: clad portion 14: bottom portion 120: portions P1, P2, P3: profile

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Abstract

光ファイバ１０は、コア部１１と、サイドコア層１２と、クラッド部１３と、を備え、Δ１＞ΔＣｌａｄ＞Δ２かつ０＞Δ２が成り立ち、Δ１が０．３５％以上０．４５％以下であり、Δ２が－０．２％以上０％未満であり、２ａが８μｍ以上１０μｍ以下、２ｂが３５μｍ以上４５μｍ以下であり、サイドコア層１２の屈折率プロファイルにおいて、サイドコア層１２の他の領域よりも屈折率が低いボトム部１４が存在し、ボトム部１４における屈折率が最低の位置の、コア部１１の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５以下である。

Description

光ファイバ
　本発明は、光ファイバに関する。
　シングルモード光ファイバにおいて、ガラスの屈折率を低下させるため、フッ素のようなドーパントをクラッド部にドープする技術が開示されている（特許文献１）。クラッド部の屈折率を低下させた光ファイバでは、コア部にドープするドーパントを減らす、あるいはほぼなくすことが可能である。その結果、コア部におけるドーパントの濃度分布に起因するレイリー散乱損失を低減させることで、超低伝送損失の光ファイバを実現することができる。
　また、Ｗ型の屈折率プロファイルを採用した光ファイバが盛んに検討されている（特許文献２）。Ｗ型の屈折率プロファイルは、たとえば、光ファイバの有効コア断面積を拡大するために採用されている。有効コア断面積が大きい光ファイバでは、光ファイバ内での非線形光学効果の発生が抑制されるので、たとえば長距離光伝送路として好適に利用できる。なお、Ｗ型の屈折率プロファイルを実現する場合、たとえば、コア部に隣接するサイドコア層などと呼ばれる領域に、フッ素のようなガラスの屈折率を低下させるドーパントがドープされる。
特許第６６９０２９６号公報 特開２００９－１２２２７７号公報
　光伝送路としての光ファイバにおいては、伝送損失およびマクロベンド損失が低減されていることがより一層望まれている。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、伝送損失およびマクロベンド損失が低減された光ファイバを提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、コア部と、前記コア部の外周を取り囲むサイドコア層と、前記サイドコア層の外周を取り囲むクラッド部と、を備え、前記クラッド部の平均屈折率に対する、前記コア部の平均の最大比屈折率差をΔ１、前記サイドコア層の平均屈折率の比屈折率差をΔ２とし、純石英ガラスに対する前記クラッド部の平均屈折率の比屈折率差をΔＣｌａｄとすると、Δ１＞ΔＣｌａｄ＞Δ２かつ０＞Δ２が成り立ち、Δ１が０．３５％以上０．４５％以下であり、Δ２が－０．２％以上０％未満であり、前記コア部のコア径を２ａ、前記サイドコア層の外径を２ｂとしたときに、２ａが８μｍ以上１０μｍ以下、２ｂが３５μｍ以上４５μｍ以下であり、前記サイドコア層の屈折率プロファイルにおいて、当該サイドコア層の他の領域よりも屈折率が低いボトム部が存在し、前記ボトム部における屈折率が最低の位置の、前記コア部の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下である光ファイバである。
　前記ボトム部は、前記サイドコア層の屈折率プロファイルにおいて、屈折率が急激に変化する部分であって、屈折率プロファイルが変曲点を有する部分であるものでもよい。
　前記サイドコア層の平均屈折率に対する、前記ボトム部の最低屈折率の比屈折率差をΔＢとすると、ΔＢの絶対値が０．０３％以上０．０７％以下であるものでもよい。
　前記ボトム部における屈折率が最低の位置の、前記コア部の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．８［μｍ］以上であるものでもよい。
　波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上９．５μｍ以下であるものでもよい。
　波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径をケーブルカットオフ波長で除算した値であるＭＡＣ値が７．０以上７．２以下であるものでもよい。
　前記コア部は、塩素、カリウム、ナトリウムのうち少なくとも一つを含むものでもよい。
　波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であるものでもよい。
　直径３０ｍｍで１０ｔｕｒｎ巻いた際の波長１５５０ｎｍにおけるマクロベンド損失が０．０３ｄＢ以下であるものでもよい。
　本発明によれは、伝送損失およびマクロベンド損失が低減された光ファイバを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。 図２は、実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの模式図である。 図３は、比較形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの要部の模式図である。 図４は、実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの要部の模式図である。 図５は、比較形態に係る光ファイバの製造に用いられる多孔質母材の嵩密度の分布プロファイルの一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る光ファイバの製造に用いられる母材の嵩密度の分布プロファイルの一例を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長または実効カットオフ波長とは、国際通信連合（ＩＴＵ）のＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
（実施形態）
　図１は、実施形態に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ１０は、石英系ガラスからなり、コア部１１と、コア部１１の外周を取り囲むサイドコア層１２と、サイドコア層１２の外周を取り囲むクラッド部１３と、を備える。なお、光ファイバ１０は、クラッド部１３の外周を取り囲む被覆層を備えていてもよい。
　図２は、光ファイバ１０の屈折率プロファイルを示す図である。プロファイルＰ１はコア部１１の屈折率プロファイルであり、いわゆるステップ型を有する。プロファイルＰ２はサイドコア層１２の屈折率プロファイルである。プロファイルＰ３はクラッド部１３の屈折率プロファイルである。
　ここで、コア部１１の屈折率プロファイルは、幾何学的に理想的な形状のステップ型である場合だけでなく、頂部の形状が平坦ではなく製造特性により凹凸が形成されたり、頂部から裾を引くような形状となっていたりする場合がある。この場合、製造設計上のコア部１１のコア径２ａの範囲内における、屈折率プロファイルの頂部で略平坦である領域の屈折率が、Δ１を決定する指標となる。
　光ファイバ１０の構造パラメータについて説明する。上述したように、コア部１１のコア径は２ａである。また、サイドコア層１２の外径は２ｂである。
　また、クラッド部１３の平均屈折率に対する、コア部１１の平均の最大屈折率の比屈折率差（最大比屈折率差）はΔ１である。クラッド部１３の平均屈折率に対するサイドコア層１２の平均屈折率の比屈折率差はΔ２である。なお、コア部１１の平均の最大屈折率とは、屈折率プロファイルの頂部で略平坦である領域の屈折率の、径方向における平均値である。サイドコア層１２やクラッド部１３の平均屈折率とは、屈折率プロファイルの径方向における屈折率の平均値である。
　また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部１３の平均屈折率の比屈折率差はΔＣｌａｄである。ここで、純石英ガラスとは、屈折率を変化させるドーパントを実質的に含まず、波長１５５０ｎｍにおける屈折率が約１．４４４である、きわめて高純度の石英ガラスである。図２では、一点鎖線によって、クラッド部１３の平均屈折率に対する純石英ガラスの比屈折率差を示している。図２において純石英ガラスの比屈折率差を示すゼロのラインは破線で示している。
　Δ１、Δ２、ΔＣｌａｄについては、Δ１＞ΔＣｌａｄ＞Δ２かつ０＞Δ２が成り立つ。すなわち、光ファイバ１０はＷ型の屈折率プロファイルを有する。また、図２では、ΔＣｌａｄが０％未満である場合を示しているが、ΔＣｌａｄは０％以上でもよい。
　光ファイバ１０の構成材料について説明する。コア部１１は、屈折率調整用のドーパントを含む石英系ガラスからなる。たとえば、コア部１１は、塩素（Ｃｌ）カリウム（Ｋ）およびナトリウム（Ｎａ）の少なくとも一つをドーパントとして含む。コア部１１は、さらに屈折率調整やガラス粘度調整用にフッ素（Ｆ）を追加してもよい。Ｆは石英ガラスの屈折率を低下させ、Ｃｌ、ＫおよびＮａは石英ガラスの屈折率を上昇させるドーパントである。コア部１１は石英ガラスの屈折率を上昇させるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）を含んでいてもよい。
　一方、サイドコア層１２およびクラッド部１３は、ＦおよびＣｌのみが添加された石英系ガラスからなる。これらのドーパントにより屈折率が調整されることによって、Δ１＞ΔＣｌａｄ＞Δ２かつ０＞Δ２が成り立ち、さらには後述するΔ１、Δ２、ΔＣｌａｄの好適な例示範囲が実現される。
　本実施形態に係る光ファイバ１０の構造パラメータについては、たとえば、Δ１が０．３５％以上０．４５％以下であり、Δ２が－０．２％以０％未満であり、２ａが８μｍ以上１０μｍ以下であり、２ｂが３５μｍ以上４５μｍ以下である。これにより、光ファイバは、たとえばＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２やＧ．６５７に規定される光学特性の少なくとも一部を満たすことができる。なお、ΔＣｌａｄは、たとえば、－０．０１％である。
　たとえば、光ファイバ１０は、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．６μｍ以上９．５μｍ以下である。また、たとえば、光ファイバ１０は、直径３０ｍｍで１０ｔｕｒｎ巻いた際の波長１５５０ｎｍにおけるマクロベンド損失が０．０３ｄＢ以下である。また、たとえば、光ファイバ１０は、Ｇ．６５２の規定に従い、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下である。また、光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．２ｄＢ／ｋｍ以下がさらに好ましい。
　また、光ファイバ１０において、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）をケーブルカットオフ波長（λｃｃ）で除算した値であるＭＡＣ値は、たとえば７．０以上７．２以下である。ＭＡＣ値はマクロベンド損失特性を評価する際の指標の一つであり、同程度のＭＡＣ値の光ファイバであれば同程度のマクロベンド損失特性を有する。
　また、光ファイバ１０では、サイドコア層１２の屈折率プロファイルにおいて、当該サイドコア層１２の他の領域よりも屈折率が低いボトム部が存在する。また、ボトム部における屈折率が最低の位置の、コア部１１の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下である。
　ボトム部について説明する。図４は、実施形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの要部の模式図である。図４では、光ファイバ１０のコア部１１およびサイドコア層１２の屈折率プロファイルを実線で示している。光ファイバ１０のサイドコア層１２の屈折率プロファイルにおいては、サイドコア層１２の他の領域よりも屈折率が低いボトム部１４が存在する。ボトム部１４は、たとえば、サイドコア層１２の屈折率プロファイルにおいて、屈折率が急激に変化する部分であって、屈折率プロファイルが変曲点を有する部分である。
　本発明者らの鋭意検討によれば、Ｗ型の屈折率プロファイルを採用した光ファイバを製造する際に、ＶＡＤ（Vapor　Axial　Deposition）法やＯＶＤ（Outside　Vapor　Deposition）法などの公知の方法を用いて光ファイバ母材を作製し、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きしたところ、サイドコア層１２の屈折率プロファイルにおいて、サイドコア層１２の他の領域よりも屈折率が低いボトム部１４が存在することを確認した。なお、サイドコア層１２の平均屈折率に対する、ボトム部１４の最低屈折率の比屈折率差をΔＢとすると、ΔＢの絶対値はたとえば０．０３％以上０．０７％以下である。
　さらに、本発明者らの鋭意検討によれば、ボトム部１４における屈折率が最低の位置の、コア部１１の中心からの距離（図４中のｒ）が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下である場合に、伝送損失およびマクロベンド損失が低減されることを見出した。
　なお、距離ｒがａ＋（ｂ－ａ）／１．８［μｍ］以上である方が、製造し易さの点から好ましい。
　一方、図３は、比較形態に係る光ファイバの屈折率プロファイルの要部の模式図である。比較形態に係る光ファイバとは、サイドコア層の屈折率プロファイルのみが実施形態に係る光ファイバ１０とは異なる光ファイバである。
　図３では、比較形態に係る光ファイバ１０Ａのコア部１１Ａおよびサイドコア層１２Ａの屈折率プロファイルを破線で示している。クラッド部の平均屈折率に対するサイドコア層１２Ａの平均屈折率の比屈折率差をΔ２´とする。光ファイバ１０Ａのサイドコア層１２Ａの屈折率プロファイルにおいても、ボトム部１４Ａが存在する。なお、サイドコア層１２Ａの平均屈折率に対する、ボトム部１４Ａの最低屈折率の比屈折率差ΔＢ´の絶対値はたとえば０．０３％以上０．０７％以下である。
　しかしながら、ボトム部１４Ａにおける屈折率が最低の位置の、コア部１１Ａの中心からの距離（図４中のｒ´）は、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］より大きい。すなわち、ボトム部１４Ａはコア部１１Ａに対して比較的クラッド部に近い側に位置する。その結果、光ファイバ１０Ａは、伝送損失およびマクロベンド損失が、光ファイバ１０と比較して低減されていない光ファイバとなる。
　本発明者らの鋭意検討の結果についてさらに説明する。本発明者らは、比較形態のような光ファイバ１０Ａを製造する際に、ＶＡＤ方法で光ファイバのコア部とサイドコア層となる部分を同時に形成し、サイドコア層にはフッ素を添加して多孔質母材を作製し、ガラス化焼結をおこない、コア母材を作製した。また、このコア母材の作成は以下の方法でも作成しても良い。すなわち、ＶＡＤ方法を用いて光ファイバのコア部とサイドコア層となる部分を有する多孔質母材を作製する。そして、スートのサイドコア層となる部分にＦをドープするために、ガラス化焼結工程においてフッ素ガスを流し、コア母材を作製する。さらに、作製したコア母材にＯＶＤ法を用いてクラッド部となる多孔質層を形成し、これをガラス化焼結して光ファイバ母材を作製する。そして、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きする。
　図５は、比較形態に係る光ファイバの製造に用いられる多孔質母材の嵩密度の分布プロファイルの一例を示す図である。符号１１０Ａは、コア部１１Ａとなる部分であり、符号１２０Ａは、サイドコア層１２Ａとなる部分である。また、図５では、嵩密度は多孔質母材の長手方向における上部、中部、下部の３箇所での分布プロファイルを示している。
　図５に示す多孔質母材では、丸で囲んだように、部分１２０Ａにおいて嵩密度が局所的に上昇している部分があり、かつ嵩密度の上部、中部、下部におけるばらつきが大きかった。このような嵩密度のばらつきや局所的な変動は、Ｆをドープした場合のドープ量にばらつきが生じる原因になると考えられる。また、このような嵩密度のばらつきや局所的な変動が大きいと、サイドコア層１２Ａ内のボトム部１４Ａは比較的クラッド部に近い側に位置する。
　そこで、本発明者らは、嵩密度のばらつきや局所的な上昇量を抑制するために、ＶＡＤ法においてガラス微粒子の堆積のために用いるバーナにおける火炎の指向性を向上させる改善を行った。具体的にはＶＡＤ装置の炉内に整流板を設置し、火炎の指向性を乱す気流の流れを抑制し、バーナに供給する助燃性ガス（たとえば酸素）の流量を増やし火炎の指向性を強めた。
　図６は、実施形態に係る光ファイバの製造に用いられる母材の嵩密度の分布プロファイルの一例を示す図である。符号１１０は、コア部１１となる部分であり、符号１２０は、サイドコア層１２となる部分である。また、図６では、嵩密度は多孔質母材の長手方向における上部、中部、下部の３箇所での分布プロファイルを示している。
　図６に示す多孔質母材では、丸で囲んだように、部分１２０における嵩密度のばらつきや局所的な上昇量が抑制されていた。これにより、光ファイバ１０においてボトム部１４が光ファイバ１０Ａにおけるボトム部１４Ａよりもコア部１１の近くに位置することとなり、ｒがａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下となる。
（実施例、比較例）
　上記実施形態および比較形態にそれぞれ対応する実施例１、２の光ファイバおよび比較例１、２の光ファイバを製造し、その特性を測定し、評価した。製造した光ファイバの構造パラメータと測定結果または評価結果を表１に示す。なお、実施例１、２、比較例１、２の光ファイバでは、Ｑ値（ＭＡＣ値）はいずれも等しく、７．０～７．２の値とした。またマクロベンド損失として、直径３０ｍｍで１０ｔｕｒｎ巻いた際の波長１５５０ｎｍにおけるマクロベンド損失を測定した。なお、ボトム位置とは、ボトム部における屈折率が最低の位置の、コア部の中心からの距離（コア中心からボトムの位置までの距離）を意味する。また、「評価１」とは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の評価であって、０．２ｄＢ／ｋｍ以下の場合を「〇」とし、０．２ｄＢ／ｋｍを超える場合を「×」とした。また、「評価２」とは、マクロベンド損失の評価であって、実施例１、比較例１については、０．０３ｄＢ／ｋｍ以下の場合を「〇」、０．０３ｄＢ／ｋｍを超える場合を「×」とし、実施例２、比較例２については、０．５ｄＢ／ｋｍ以下の場合を「〇」、０．５ｄＢ／ｋｍを超える場合を「×」とした。表１から解るように、実施例１、２では、伝送損失およびマクロベンド損失が低減され、良好な結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　各例における具体的な数値を説明する。実施例１においては、コア径２ａは８μｍであった。サイドコア層の外径２ｂは３８μｍであった。クラッド部の平均屈折率に対する、コア部の平均の最大比屈折率差Δ１は０．４％であった。クラッド部の平均屈折率に対するサイドコア層の平均屈折率の比屈折率差Δ２は－０．１５％であった。純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部の平均屈折率の比屈折率差ΔＣｌａｄは－０．０１％であった。コア中心からボトムの位置までの距離は１２．３μｍ（ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下）であった。サイドコア層の平均屈折率に対する、ボトム部の最低屈折率の比屈折率差ΔＢは－０．０７％であった。そして、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径は８．６４μｍであり、Ｑ値は７．０であった。
　比較例１においては、コア径２ａは８μｍであった。サイドコア層の外径２ｂは３８μｍであった。クラッド部の平均屈折率に対する、コア部の平均の最大比屈折率差Δ１は０．４％であった。クラッド部の平均屈折率に対するサイドコア層の平均屈折率の比屈折率差Δ２は－０．１５％であった。純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部の平均屈折率の比屈折率差ΔＣｌａｄは－０．０１％であった。コア中心からボトムの位置までの距離は１４．０μｍ（ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］より大きい）であった。サイドコア層の平均屈折率に対する、ボトム部の最低屈折率の比屈折率差ΔＢ（ΔＢ´）は－０．０７％であった。そして、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径は８．５８μｍであり、Ｑ値は７．０であった。
　実施例２においては、コア径２ａは８．５μｍであった。サイドコア層の外径２ｂは４０μｍであった。クラッド部の平均屈折率に対する、コア部の平均の最大比屈折率差Δ１は０．３７％であった。クラッド部の平均屈折率に対するサイドコア層の平均屈折率の比屈折率差Δ２は－０．１９％であった。純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部の平均屈折率の比屈折率差ΔＣｌａｄは－０．０１％であった。コア中心からボトムの位置までの距離は１４．４μｍ（ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下）であった。サイドコア層の平均屈折率に対する、ボトム部の最低屈折率の比屈折率差ΔＢは－０．０３％であった。そして、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径は８．９７μｍであり、Ｑ値は７．１であった。
　比較例２においては、コア径２ａは８．５μｍであった。サイドコア層の外径２ｂは４０μｍであった。クラッド部の平均屈折率に対する、コア部の平均の最大比屈折率差Δ１は０．３７％であった。クラッド部の平均屈折率に対するサイドコア層の平均屈折率の比屈折率差Δ２は－０．１９％であった。純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部の平均屈折率の比屈折率差ΔＣｌａｄは－０．０１％であった。コア中心からボトムの位置までの距離は１８．４μｍ（ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］より大きい）であった。サイドコア層の平均屈折率に対する、ボトム部の最低屈折率の比屈折率差ΔＢ（ΔＢ´）は－０．０３％であった。そして、波長１３１０ｎｍでのモードフィールド径は９．２２μｍであり、Ｑ値は７．２であった。
　なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　本発明は、光伝送路としての光ファイバに適用して好適なものである。
１０　：光ファイバ
１１　：コア部
１２　：サイドコア層
１３　：クラッド部
１４　：ボトム部
１２０　：部分
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３　：プロファイル

Claims (9)

  1. 　コア部と、
    　前記コア部の外周を取り囲むサイドコア層と、
    　前記サイドコア層の外周を取り囲むクラッド部と、
    　を備え、
    　前記クラッド部の平均屈折率に対する、前記コア部の平均の最大比屈折率差をΔ１、前記サイドコア層の平均屈折率の比屈折率差をΔ２とし、純石英ガラスに対する前記クラッド部の平均屈折率の比屈折率差をΔＣｌａｄとすると、Δ１＞ΔＣｌａｄ＞Δ２かつ０＞Δ２が成り立ち、
    　Δ１が０．３５％以上０．４５％以下であり、
    　Δ２が－０．２％以上０％未満であり、
    　前記コア部のコア径を２ａ、前記サイドコア層の外径を２ｂとしたときに、２ａが８μｍ以上１０μｍ以下、２ｂが３５μｍ以上４５μｍ以下であり、
    　前記サイドコア層の屈折率プロファイルにおいて、当該サイドコア層の他の領域よりも屈折率が低いボトム部が存在し、
    　前記ボトム部における屈折率が最低の位置の、前記コア部の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．５５［μｍ］以下である
    　光ファイバ。
  2. 　前記ボトム部は、前記サイドコア層の屈折率プロファイルにおいて、屈折率が急激に変化する部分であって、屈折率プロファイルが変曲点を有する部分である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 　前記サイドコア層の平均屈折率に対する、前記ボトム部の最低屈折率の比屈折率差をΔＢとすると、ΔＢの絶対値が０．０３％以上０．０７％以下である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  4. 　前記ボトム部における屈折率が最低の位置の、前記コア部の中心からの距離が、ａ＋（ｂ－ａ）／１．８［μｍ］以上である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  5. 　波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上９．５μｍ以下である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  6. 　波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径をケーブルカットオフ波長で除算した値であるＭＡＣ値が７．０以上７．２以下である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  7. 　前記コア部は、塩素、カリウム、ナトリウムのうち少なくとも一つを含む
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  8. 　波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
  9. 　直径３０ｍｍで１０ｔｕｒｎ巻いた際の波長１５５０ｎｍにおけるマクロベンド損失が０．０３ｄＢ以下である
    　請求項１に記載の光ファイバ。
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